MICROBIOLOGIA APPLICATA

Esame orale: prevede domande di carattere generale sugli argomenti trattati durante le lezioni frontali. Lo studente dovrà dimostrare di saper esporre con chiarezza le conoscenze acquisite, dimostrando la loro completa comprensione e proprietà di linguaggio. Il voto è espresso in trentesimi.

Valutazione:

Voto Finale

Obiettivi formativi

L'insegnamento si propone di fornire conoscenze approfondite sulle capacità degradative dei microrganismi, con particolare attenzione per gli idrocarburi e gli xenobiotici, e sulle possibili applicazioni delle stesse in processi di bonifica biologica di matrici ambientali contaminate e nel trattamento di rifiuti.

1. Conoscenza e capacità di comprensione. Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà conoscere: le principali vie cataboliche utilizzate dai microrganismi nella degradazione di idrocarburi e xenobiotici; le più diffuse tecnologie di biorisanamento di acque e suoli contaminati; i principali metodi di compostaggio e di trattamento delle acque reflue urbane; i metodi di caratterizzazione e monitoraggio dei siti contaminati; i metodi di caratterizzazione e monitoraggio delle comunità microbiche.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà essere in grado di applicare le conoscenze acquisite nel corso a casi reali di bonifica o trattamento biologico di matrici contaminate, mettendo in evidenza vantaggi e svantaggi di ogni possibile alternativa proposta.

3. Autonomia di giudizio. Lo studente dovrà essere in grado di progettare le fasi principali di un intervento biologico su diverse matrici da trattare.

4. Abilità comunicative. Alla fine dell'insegnamento lo studente saprà descrivere in modo appropriato le tematiche studiate utilizzando il corretto lessico specifico.

5. Capacità di apprendimento. Alla fine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di consultare la letteratura sugli argomenti trattati e integrare in autonomia le conoscenze acquisite con altre legate al settore della bonifica e del trattamento di matrici contaminate, anche con approccio multidisciplinare.

Contenuti

1. Processi e microrganismi coinvolti nelle trasformazioni degli elementi

2. Metabolismo microbico e condizioni redox

3. Processi e microrganismi coinvolti nella degradazione di idrocarburi

4. Caratterizzazione e monitoraggio delle comunità batteriche

5. Caratterizzazione e trattamento biologico di siti contaminati da idrocarburi

6. Processi di biotrasformazione dei metalli

7. Processi biologici per il trattamento di rifiuti

8. Laboratorio di microbiologia molecolare

9. Esercitazioni di bioinformatica

Programma esteso

1. Processi e microrganismi coinvolti nelle trasformazioni degli elementi

Il ciclo biologico del carbonio: fototrofia/chemiotrofia; autotrofia/eterotrofia. Il ciclo biologico dell’azoto; processi di nitrificazione e denitrificazione. Il ciclo biologico dello zolfo. Riduzione e ossidazione microbiche del ferro.

2. Metabolismo microbico e condizioni redox

Accettori di elettroni principali nel metabolismo microbico. Dipendenza del metabolismo microbico dal potenziale redox. Determinazione delle condizioni redox e della disponibilità di accettori di elettroni in un acquifero.

3. Processi e microrganismi coinvolti nella degradazione di idrocarburi

Principali pathways di degradazione aerobica di idrocarburi alifatici, mono- e poliaromatici ed enzimi coinvolti. Principali pathways di degradazione anaerobica di idrocarburi alifatici, mono- e poliaromatici ed enzimi coinvolti. Processi di degradazione e di cometabolismo di composti organici alogenati.

4. Caratterizzazione e monitoraggio delle comunità batteriche

Metodi di quantificazione. Tecniche di coltivazione ed isolamento di ceppi microbici. Tecniche classiche di identificazione degli isolati. Tassonomia microbica. Tecniche molecolari di identificazione degli isolati. Tecniche molecolari di caratterizzazione e monitoraggio di comunità: fingerprinting; sequenziamenti high-throughput; metodi in situ. Metodi di valutazione dell’attività microbica in situ.

5. Caratterizzazione e trattamento biologico di siti contaminati da idrocarburi

Procedure operative per la caratterizzazione di siti contaminati; analisi di rischio. Approcci biologici al trattamento di matrici contaminate: biostimolazione e bioaugmentation; prove di screening e di fattibilità. Tecnologie di biorisanamento di suolo e zona insatura (landfarming, biopile, bioreattori, bioventing). Tecnologie di biorisanamento della zona satura (biosparging, biobarriere). Tecnologie innovative di biorisanamento: sistemi bioelettrochimici. Attenuazione Naturale Monitorata.

6. Processi di biotrasformazione dei metalli

La bonifica biologica di matrici contaminate da metalli: cenni di phytoremediation. Il caso del mercurio: resistenza batterica al mercurio e possibili applicazioni al biorisanamento.

7. Processi biologici per il trattamento di rifiuti

Il trattamento integrato delle acque reflue urbane; il processo a fanghi attivi: fasi di trattamento e microrganismi coinvolti. Processi di compostaggio di scarti verdi e della frazione organica di rifiuti solidi urbani.

8. Laboratorio di microbiologia molecolare

Estrazione DNA da suolo, analisi e quantificazione di marcatori tassonomici e funzionali

9. Esercitazioni di bioinformatica

Dati da sequenziamenti high-throughput: formati e banche dati. Elaborazione bioinformatica dei dati.

Bibliografia consigliata

Slides: reperibili sulla pagina e-learning dell'insegnamento

Libro di testo: Microbiologia ambientale ed elementi di ecologia microbica; Barbieri, Bestetti, Galli, Zannoni – CEA, 2008 (disponibile in biblioteca).

Libri di consultazione: Brock biologia dei microrganismi: microbiologia generale, ambientale e industriale; Madigan, Martinko et al. – Pearson, 2016 (disponibile in biblioteca).

Disponibili presso il docente:

- Ground-water microbiology and geochemistry; Chapelle – John Wiley & sons, 2001.

- Bonifica di siti contaminati; Bonomo – McGraw-Hill, 2005.

- Wastewater engineering. Treatment and reuse; Metcalf & Eddy – McGraw-Hill, 2004.

- Compost ed energia da biorifiuti; Vismara, Grosso, Centemero – Dario Flaccovio Editore, 2009.

Modalità di erogazione

Convenzionale

Metodi didattici

Lezioni frontali in aula supportate da presentazioni PowerPoint (32 h). Laboratorio di microbiologia molecolare (8 h). Esercitazioni di bioinformatica (8 h). Visita didattica ad un impianto di trattamento biologico (mezza giornata). L'intero materiale didattico sarà messo a disposizione degli studenti tramite e-learning.

Anno di corso: 1

Anno di corso: 2